基于激光算法的全自動眼動追蹤測距定標(biāo)儀及其使用方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種基于激光算法的全自動眼動追蹤測距定標(biāo)儀及其使用方法。所述定標(biāo)儀器包括外殼、攝像頭、激光投射器、角度傳感器、USB接口、網(wǎng)口、主板、接口板；采用激光投射器發(fā)出的激光進行定位，利用所述攝像頭選取幕布的激光點，通過所述角度傳感器傳輸被定標(biāo)物的角度數(shù)據(jù)并對所述被定標(biāo)物的角度進行校正，使用軟件算法計算出定標(biāo)數(shù)據(jù)：定標(biāo)儀距離幕布的距離、幕布的大小。完全采用電子產(chǎn)品，具有精密的算法，可靠的裝置，無需人工干預(yù)，省時省力，并且能夠得到精確的定標(biāo)數(shù)據(jù)。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
基于激光算法的全自動眼動追蹤測距定標(biāo)儀及其使用方法
本專利技術(shù)涉及眼動追蹤測距定標(biāo)領(lǐng)域，特別涉及一種全自動眼動追蹤測距定標(biāo)儀及其使用方法。
技術(shù)介紹
通常，近幾年隨著技術(shù)的大力發(fā)展，利用各種手段來研究人們的使用或者行為習(xí)慣顯得必不可少，包括某種行為對人的認知心理變化之類；尤其是現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的飛快，許多網(wǎng)站也在研究人們的興趣點在哪里，從而根據(jù)人們的興趣點來有針對性的做一些實用性布局，眼動儀這個設(shè)備就派上了用場。但現(xiàn)在的眼動儀的校準(zhǔn)方面都是靠人工的測量，包括被試者離眼動儀的距離，眼動儀與投影幕布的距離，還有就是眼動儀的角度；這些指標(biāo)人工測量會耗時很大，而且得到的數(shù)據(jù)并不準(zhǔn)確，尤其是角度的數(shù)值。現(xiàn)有的定標(biāo)技術(shù)只是人工測量，雖然這樣可以實現(xiàn)定標(biāo)的目的，但是需要人工測量眼動儀與幕布的距離，人工測量幕布的大小，人工測量眼動設(shè)備的角度等，而且，人工測量要用到卷尺、直尺、水平儀和角度儀等設(shè)備，測量起來很是繁瑣，并且需要大量的時間和投入，最大的問題是由誤差，每個人的測量結(jié)果都是不一樣的。由于很多科研機構(gòu)需要節(jié)省時間，人工測量的缺點顯而易見。因此，需要一種能有效地進行眼動追蹤測距定標(biāo)的裝置及其使用方法，解決上述問題以及其他需要進行眼動追蹤測距定標(biāo)的情況所面臨的類似問題。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種新型的全自動眼動追蹤測距定標(biāo)儀，有著精密的算法，完全不用人工干預(yù)就可以實現(xiàn)自動定標(biāo)。這套定標(biāo)儀采用了激光投射幕布定位的方法，軟件算出激光點相對幕布的相對坐標(biāo)，根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的激光點與幕布邊緣的占用比，算出幕布的大小。本專利技術(shù)的角度是通過角度傳感器算出。因此，本專利技術(shù)提供了一種基于激光算法的全自動眼動追蹤測距定標(biāo)儀，其特征在于，所述定標(biāo)儀包括：外殼；處于所述外殼的內(nèi)部的、對各部件的進行控制的主板，所述控制優(yōu)選通過主板上的模塊實現(xiàn)；設(shè)置在所述外殼上的攝像頭，用于獲取圖像；用于發(fā)出激光進行定位的激光投射器，所述激光投射器設(shè)置在所述外殼上；用于測量被定標(biāo)物的角度的角度傳感器，所述角度傳感器在外殼之外；其中，所述定標(biāo)儀采用激光投射器發(fā)出的激光進行定位，利用所述攝像頭選取幕布的激光點，通過所述角度傳感器傳輸所述被定標(biāo)物的角度數(shù)據(jù)，所述主板包括距離計算模塊和幕布大小模塊用于算法計算：定標(biāo)儀距離幕布的距離、幕布的大小。在一個優(yōu)選的實施方案中，所述主板包括角度校正模塊、圓心坐標(biāo)模塊、圖像處理模塊、圓心模塊和校正模塊中的一個模塊或多個模塊的組合。上述模塊優(yōu)選實施方式見下文的描述。在一個優(yōu)選的實施方案中，所述主板包括角度校正模塊：根據(jù)所述被定標(biāo)物的角度數(shù)據(jù)，對所述被定標(biāo)物的角度進行校正。在一個優(yōu)選的實施方案中，所述主板包括距離計算模塊：已知激光的實際水平距離d，激光燈上下光束的夾角為Φ，焦距為f，定標(biāo)儀與幕布的距離為：(d+f)*cotΦ。例如，所述激光投射器數(shù)量為4個，兩兩布置在所述攝像頭的兩側(cè)。在一個優(yōu)選的實施方案中，所述攝像頭數(shù)量為1個。在一個優(yōu)選的實施方案中，所述激光投射器3的數(shù)量有多個例如2-10個，優(yōu)選分布在所述工業(yè)攝像頭周圍。在一個優(yōu)選的實施方案中，所述激光投射器數(shù)量為4個，兩兩布置在所述攝像頭的兩側(cè)。在一個優(yōu)選的實施方案中，所述攝像頭和所述激光投射器的在所述外殼的同一個面上。在一個優(yōu)選的實施方案中，所述的角度傳感器使用芯片ADXL345或者是MPU6000、MPU9250來實現(xiàn)角度的傾角的計算。在一個優(yōu)選的實施方案中，U1為電路的主芯片，并且/或者U1為通訊芯片。在一個優(yōu)選的實施方案中，所述的角度傳感器使用的芯片為ADXL345，直接輸出數(shù)字信號。在一個優(yōu)選的實施方案中，本專利技術(shù)的定標(biāo)儀還包括接口板，所述接口板與主板連接。在一個優(yōu)選的實施方案中，專利技術(shù)的定標(biāo)儀還包括USB接口線，所述USB接口線通過所述接口板與所述主板連接，并通過外殼的開口露出外殼表面。在一個優(yōu)選的實施方案中，所述USB接口線包括至少一個攝像頭USB接口和一個激光燈USB控制接口。在一個優(yōu)選的實施方案中，專利技術(shù)的定標(biāo)儀還包括網(wǎng)口，所述網(wǎng)口通過所述接口板與所述主板連接，并通過外殼的開口露出外殼表面，所述網(wǎng)口通過網(wǎng)線連接角度傳感器。在一個優(yōu)選的實施方案中，所述被定標(biāo)物是眼動儀。本專利技術(shù)還提供了一種利用本專利技術(shù)的基于激光算法的全自動眼動追蹤測距定標(biāo)儀對被定標(biāo)物進行定標(biāo)的方法，包括：1)安裝所述定標(biāo)儀；2)將所述定標(biāo)儀前端的激光投射器對準(zhǔn)幕布，開啟激光燈并投射于幕布上；3)通過軟件啟動攝像頭攝取激光投影在幕布上的圖片；4)根據(jù)相對坐標(biāo)的算法算出定標(biāo)儀與幕布的距離和幕布的大小尺寸；5)將角度傳感器和所述被定標(biāo)物連接在一塊，所述角度傳感器根據(jù)角度的變化實時傳送所述被定標(biāo)物的角度數(shù)據(jù)。在一個優(yōu)選的實施方案中，根據(jù)所述被定標(biāo)物的角度數(shù)據(jù)，對所述被定標(biāo)物的角度進行校正。優(yōu)選地，所述角度校正通過主板上的角度校正模塊進行。在一個實施方案中，攝像頭攝取的激光投影在幕布上的圓的圓心坐標(biāo)按如下公式進行確定：其中f(x,y)是大小為M*N的連通區(qū)域。優(yōu)選地，所述圓心坐標(biāo)通過主板上的圓心坐標(biāo)模塊進行。在一個實施方案中，攝像頭攝取激光投影在幕布上的圖片通過定標(biāo)儀系統(tǒng)獲取無激光點的原始圖像作為背景圖像A，在同等環(huán)境下定標(biāo)系統(tǒng)在幕布上四個激光點的原始圖像(后稱激光圖像)B，四個激光點可知道其順序，在同等環(huán)境下定標(biāo)系統(tǒng)獲取屏幕上的點形成的原始圖像C(例如，屏幕上水平兩點的占幕布寬的n％，例如n＝90，垂直兩點的占幕布高的m％，例如m＝90)。在一個實施方案中，圖像攝取步驟后進行背景減除步驟，背景在本系統(tǒng)中為噪聲干擾且在B、C中，背景圖像都是固定的圖像A，使用激光圖像減去背景圖像，剩下的大致就是目標(biāo)圖像I，使用屏幕點圖像減去背景圖像，剩下的大致就是目標(biāo)圖像J：I＝B-A；J＝C-A。在一個實施方案中，圖像攝取步驟后(優(yōu)選背景減除步驟后)是圖像處理步驟，首先將圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像，然后對圖像進行平滑濾波，濾波后將圖像轉(zhuǎn)換為二值圖像；系統(tǒng)在轉(zhuǎn)換為二值圖像中，依據(jù)背景部分與目標(biāo)圖像在灰度直方圖中顯現(xiàn)出來的二峰性，確定二值圖像的閾值。優(yōu)選地，所述圖像處理通過主板上的圖像處理模塊進行。在一個優(yōu)選的實施方案中，所述激光投影在幕布的上點通過以下方式確定其圓心：為了得到準(zhǔn)確的4個點的圓心，采用對二值圖像中不同的連通區(qū)域進行不同的編號，并以此來區(qū)分不同的連通域，設(shè)標(biāo)簽序號a＝0；已貼標(biāo)簽的個數(shù)為b＝0；然后對二值圖像進行從上到下，從左到右進行判斷，判斷灰度值是否為1，并判斷其是否與已經(jīng)貼過標(biāo)簽的屬于同一個連通域，如果是，貼為相同的標(biāo)簽，如果不是，貼一個新的標(biāo)簽，標(biāo)簽序號a＝a+1；已貼標(biāo)簽的個數(shù)b＝b+1；如果在同一個連通區(qū)域里有兩個標(biāo)簽值，將大的標(biāo)簽值改為小的標(biāo)簽值，標(biāo)簽序個數(shù)b＝b-1；待標(biāo)記結(jié)束后，判斷是否滿足a＝b，如果不滿足，表明已貼的標(biāo)簽不是連續(xù)標(biāo)號，這時候需要進行一個映射編碼。將所有的不連續(xù)編號的標(biāo)簽校正為連續(xù)編號，完成整個標(biāo)記完成。標(biāo)記完成后，計算每個連通域的面積，將面積從大到小進行排序，將排在第5位以后(不包括第五位)的連通域里灰度值定義為0，即刪除了目標(biāo)中非標(biāo)圓對激光點圓心的影響。計算每個標(biāo)定的圓的圓心坐標(biāo)，圓心坐標(biāo)計算公式如下：其中f(x,y)是大小為M*N的連通區(qū)域，在該實施方案中，設(shè)四個激光點的本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種基于激光算法的全自動眼動追蹤測距定標(biāo)儀，其特征在于，所述定標(biāo)儀包括：外殼；處于所述外殼的內(nèi)部的、對各部件的進行控制的主板；設(shè)置在所述外殼上的攝像頭；用于發(fā)出激光進行定位的激光投射器，所述激光投射器設(shè)置在外殼上；用于測量被定標(biāo)物的角度的角度傳感器，所述角度傳感器在所述外殼之外；其中，所述定標(biāo)儀采用激光投射器發(fā)出的激光進行定位，利用所述攝像頭選取幕布的激光點，所述主板包括距離計算模塊和幕布大小模塊用于計算：定標(biāo)儀距離幕布的距離、幕布的大小；角度傳感器根據(jù)角度的變化實時傳送所述被定標(biāo)物的角度數(shù)據(jù)，所述主板包括校對校正模塊對所述被定標(biāo)物的角度進行校正。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于激光算法的全自動眼動追蹤測距定標(biāo)儀，其特征在于，所述定標(biāo)儀包括：外殼；設(shè)置在所述外殼上的攝像頭；用于發(fā)出激光進行定位的激光投射器，所述激光投射器設(shè)置在外殼上；用于測量被定標(biāo)物的角度的角度傳感器，所述角度傳感器在所述外殼之外；以及處于所述外殼的內(nèi)部的主板，所述主板連接所述激光投射器和所述角度傳感器；其中，所述定標(biāo)儀采用激光投射器發(fā)出的激光進行定位，利用所述攝像頭選取幕布的激光點，所述主板包括距離計算模塊和幕布大小模塊用于計算：定標(biāo)儀距離幕布的距離、幕布的大小；角度傳感器根據(jù)角度的變化實時傳送所述被定標(biāo)物的角度數(shù)據(jù)，所述主板包括校對校正模塊對所述被定標(biāo)物的角度進行校正。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定標(biāo)儀，其中，所述激光投射器數(shù)量為4個，兩兩布置在所述攝像頭的兩側(cè)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定標(biāo)儀，其中，所述的角度傳感器使用的芯片為ADXL345，直接輸出數(shù)字信號。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定標(biāo)儀，其中，所述主板包括角度校正模塊、圓心坐標(biāo)模塊、圖像處理模塊、圓心模塊和校正模塊中的一個模塊或多個模塊的組合。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定標(biāo)儀，其中，所述距離計算模塊按如下方式計算距離：定標(biāo)儀與幕布的距離為：(d+f)*cotΦ，其中d為激光的實際水平距離，Φ為激光燈上下光束的夾角，f為焦距。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定標(biāo)儀，其中，所述幕布大小模塊按如下方式計算幕布大小：矯正后的幕布圖片水平兩點的距離distanceHscreen，以及幕布的寬Widthscreen矯正后的幕布圖片垂直兩點的距離distanceVscreen，以及幕布的Heightscreen，其中，激光的實際水平距離d，圖片上幕布點為J1(x1，y1)、J2(x2，y2)、J3(x3，y3)、J4(x4，...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：趙起超，楊苒，李召，
申請(專利權(quán))人：北京津發(fā)科技股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：北京;11